JPH02286090A - 乳酸の生産および精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は発酵、電気透析およびイオン交換による乳酸の
改良された生産・精製方法に関する。

（従来の技術） 乳酸は食品工業および化学工業において用いられる特殊
化学物質である。乳酸は食品製造、金属の酸洗い、皮な
めしおよび薬品製造に使用すべく合成法および発酵法に
より製造されている。乳酸はそれを用いて生物分解性重
合体をつくることができ、またそれを水素化してプロピ
レングリコールおよび他の３炭素化学中間体を製造する
ことができるので、一般化学物質でありうる。乳酸塩は
多くの安価な炭水化物基質の発酵により製造することが
可能である。現在、発酵乳酸は、その発酵法が粗製乳酸
塩を生成し且つこの粗製産物から細胞やタンパク質を取
り除かなければならないので、生産するのに多（の費用
を要する。

乳酸は目下のところ合成法と発酵法により製造されてい
る。それはラクトニトリルを加水分解することにより得
られ、ラクトニトリルは等モル量のアセトアルデヒドと
シアン化水素とから製造される０発酵経路では乳酸カル
シウムを生ずるラクトバシルス種（Ｌａｃｔｏｂａｃｉ
ｌｌｕｓ　ｓｐ、）が用いられる。

商業的に魅力のある乳酸発酵法を開発するために、いく
つかの重要な発酵および生産物精製の基準を達成する必
要がある。発酵は高収率（重量％）であるべきであり、
そして安価な基質および栄養素を用いて高い生産物濃度
をもたらすべきである。

鎌気的発酵は中性ｐＨまたはその付近で行われるので、
酸そのものよりむしろ有機酸の塩が生成される。また、
発酵培地は細胞、タンパク質、その他の望ましくない物
質を含む。発酵法からの望ましい形態は、特殊化学物質
または一般化学物質の製造に使用しうる精製乳酸である
。

（発明が解決しようとする諜ｆｌ） 本発明の主な目的は、経済的に魅力のある乳酸の改良さ
れた生産・精製方法を開示することである。

本発明者らは、低コストの発酵培地から高濃度の乳酸塩
を生成する強健な乳酸塩産生菌株を利用する発酵法、並
びに細胞および含窒素不純物を含む全培地から乳酸塩を
回収・濃縮するための通常の電気透析；得られた乳酸塩
を乳酸と塩基に転化するための水分解電気透析；および
乳酸から荷電不純物を除くためのイオン交換体による処
理を使用する精製法を含む改良された乳酸生産方法を開
発した。

本発明者らの開発の結果として、１％未満の含窒素物質
（タンパク質）および１０ｐｐ−未満の硫酸イオン不純
物を含む乳酸産物を生成することが可能である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の乳酸生産・精製方法に関する概略的Ｚ、Ｃプロ
セス流れ図を第１図に示す、第一工程は低コストの栄養
素であるコーン浸出液（ｃｏｒｎ　５ｔｅｅｐｌｉｑｕ
ｏｒ）およびコーン油を用いる高収率、高生産性の発酵
である。炭水化物および栄養素は発酵槽中で乳酸塩に変
換される。その後、全培地を通常の電気透析装置へ連続
的に送給する。この電気透析装置から乳酸塩の低減した
細胞含有培地を発酵槽へ再循環する。小画分を取り出し
、この系から細胞を分離する０通常の電気透析処理から
の精製・濃縮（２，５倍）された乳酸塩は蒸発器へ送給
する。

次に、濃縮塩（入口流に対して約２〜２．５倍）を水分
解電気透析装置へ送る。この水分解電気透析装置はカチ
オンをほとんど含まない乳酸流（８５〜９９＋％のカチ
オンが除去される）および発酵槽へ再循環されるアルカ
リ流を生成する。残留カチオンおよびアニオンを含む乳
酸流は２つのイオン交Ｉ負仕上げカラムを通過させる。

この方法からの生産物は９９％を越える純度および約５
０重量％の濃度を有する乳酸である。

本発明の好適な実施方法では、ラクトバシルス・アンド
フィルス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ　ａｃｉｄｏｐ
ｈｉｌｕｓ　。

ＡＴＣＣ５３８６１）の実質的に純粋な培養物を、発酵
槽中約４．８〜約５．７の制御されたｐＨで炭水化物（
好ましくはデキストロース）；約２％コーン浸出液（乾
燥基準）：およびコーン油を含有する培地にて、炭水化
物の重量に基づいて約８０重量％の収率の乳酸塩が得ら
れ且つ発酵培地が少なくとも約２０ｇ／Ｊ２の乳酸塩を
含むようになるまで増殖させる。

発酵は一般に約５０〜約８０時間で完了する。

本発明の実施において用いる炭水化物は、使用する細菌
株によって発酵されるどのような炭水化物であってもよ
い、Ｌ、アシドフィルスの場合の炭水化物源にはデキス
トロース、シュークロース、フルクトース、ラクトース
、可溶性デンプンおよびコーンシロップが含まれる０発
酵は粗製コーン油を好ましくは０．１〜１重量％含む水
性培地にて行われる。好適な培地は、微生物の発育およ
び増殖に必要な栄養素や発育素を供給する約１〜４％の
コーン浸出液（乾燥基準）をさらに含有する。

培地中の炭水化物の濃度は約２０ｇ＃！〜約１２０ｇ／
２、好ましくは約４０　ｇ　／　ｆｉ〜約１００８／　
Ｉｌである。

約１２０ｇ／ｊ！よりも高い炭水化物濃度は非常に高い
浸透圧をもつ溶液を与えるので、微生物が十分に増殖で
きない。微生物は２０ｇ／ｆｆｉよりも少ない炭水化物
を含む溶液中でも生育するであろうが、生産物の濃度は
その回収が一般に実際的でないほどに低いものである。

乳酸塩の良好な生産を得るために、培地のｐ旧よ約４．
８〜約５．７の範囲に維持される。有利には、このｐＨ
はアルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属水酸化物、ま
たはこれらの混合物の添加により維持される。特に、水
酸化ナトリウムおよび水酸化アンモニウムが好適である
。

本発明の発酵法は約り０℃〜約５０℃の温度で攪拌しな
がら行われる。Ｌ、アシドフィルス菌の最適増殖温度は
約３９°Ｃである。一般に、５％の接種物を使用し、そ
して初めに培地を加熱滅菌するか、あるいは発酵分野で
知られた他の手段より滅菌する。

乳酸基含有全培地（細胞を含む）は発酵槽から輸送し、
電気透析にかけて水性流中に乳酸塩を回収・濃縮する。

生細胞は発酵槽へ循環して戻す。

乳酸基含有水性流は水分解電気透析にかけて乳酸水溶液
と発酵槽へ再循環される塩基とを生成させる。その後、
乳酸水溶液は最初に強酸性カチオン交換体、次に弱塩基
性アニオン交換体を用いるイオン交換仕上げ精製に付し
て正および負の荷電不純物を除き、これにより高度に純
化された乳酸を得る。最終生成物（水溶液である）は好
ましくは純度的９０〜１００％の乳酸、１％未満の含窒
素不純物、およびｔｏｐｐ−未満の硫酸イオンまたは他
のイオン不純物を含むであろう。

好適な微生物であるり、アシドフィルス（＾ＴＣＣ５３
８６１）は炭水化物（好ましくはデキストロース）；コ
ーン浸出液；および約０．１〜１％の粗製コーン油を含
む培地にて約３９℃の温度でよく増殖することが判明し
た。この菌株は約２゜５Ｘ１０”〜約３．０ｘｌＱｌ＠
細胞／ｉｄの細胞密度で高濃度の乳酸塩（７５〜９０ｇ
／ｆｆ１）を高い生産性（２，θ〜２．５ｇ／ｊｔ時）
でもって生産することができる。それは゛また細胞集団
に比較して高濃度の乳酸塩を生産し得るので、特殊なイ
オン交換膜を用いる電気透析は細胞不含の澄明培地だけ
でなく細胞含有全培地に対しても首尾よく使用すること
ができ、これにより乳酸塩を純化された塩生成物に精製
・濃縮することが可能である。全培地に対する分−プロ
セスの性能は澄明培地に対するものと同等である。意外
にも、全培地中の細胞は電気透析膜に付着しない、この
ことは濾過または遠心のような予備処理なしに細胞含有
培地を直接電気透析装置へ送ることを可能にする。

電気透析による乳酸塩の精製および回収後に、ナトリウ
ムイオンまたは他の適当なカチオンの除去が水分解電気
透析を用いて達成される。エネルギー効率のよい複極膜
を用いて塩カチオンの大部分を除（ことにより、酸流と
発酵槽へ再循環される塩暴流とが生成される。

酸流はナトリウムカチオン、硫酸アニオンおよび他のア
ニオンを含み、これらのイオンは仕上げイオン交換カラ
ムを用いることによりこのプロセス流から除くことがで
きる。酸流を初めに強酸性イオン交換体、次に弱塩基性
イオン交換膜（それぞれＤｏｓｅｘ　５０Ｗｘ８または
Ｒｏｌｖ　ａｎｄ　Ｈａａｓ　　Ｉ　Ｒ−１２０プラス
およびＲｏｈｎ　ａｎｄ　Ｂａａｓ　　ｌ　ＲＡ−９４
）で処理すると：それぞれナトリウムイオンと他のカチ
オン、および硫酸イオンと他のアニオンが除去される。

この処理工程では若干の残留アミノ酸不純物も除かれる
。得られる生成物は特殊および一般化学物質の製造に使
用するのに適した純化された乳酸水溶液である。

第２図には電気透析装置（１０）が示されており、それ
はセルスタック（１１）、発酵槽（１２）、スクリーン
（１３）、供給液注入、再循環および取出しシステム（
１４）、濃縮物再循環および取出しシステム（１５）、
陽極液洗浄システム（１６）、並びに陰極液洗浄システ
ム（１７）を含む。

図面に示した装置は例示するためのものであり、本発明
の範囲から逸脱することなしに、当業者はこの装置を部
分的に改変し得ることが理解されるであろう。

セルスタック（１１）は既知の型の膜アセンブリーであ
り得、例えば複数の有孔流れ分配ガスケット（１８）が
複数のアニオン透過膜（１９）およびカチオン透過１１
４（２０）の周囲を平行な間隔をおいて支持しかツ密討
して、一連の平行セル（２１）および末端セル（２２，
２３）を形成するようなプレート／フレームアセンブリ
ーであり得る。各セル（２１）は一対の膜（１９，２０
）とガスケット（１８）によって画成される。

末端セル（２２，２３）はそれぞれ膜（１９）または膜
（２Ｇ）と末端キャップ（２４）によって画成される。

末端セル（２２）の内部には適当な陽極（２５）が配置
され、反対側の末端セル（２３）には陰極（２６）が配
置される。

陽極（２５）および陰極（２６）はそれぞれリード線（
２７゜２８）を介して適当な電源の陽端子と陰端子（図
示せず）へ接続される。セルスタック（１１）はさらに
各セル（２１）への液体の流入および流出を可能にする
適当なカップリング（図示せず）を含む。セルスタック
（１１）の部品は適当なりランプまたはタイロッド（図
示せず）によって隣接した関係で保持される。

ＩＩ！（１９）はアニオン透過性およびカチオン不ｉ３
過性であり、そして膜（２０）はカチオン透過性および
アニオン不透過性である。膜（１９）および膜（２０）
用の適当な材料はそれぞれ活性イオン捕獲部位を存する
アニオンおよびカヂオン交換樹脂であり得る。

好適な膜（１９）はＡｓａｈｉ　Ｇｌａｓｓ社製のアニ
オン交換膜Ｓｔ！ＬＥＭＩＯＮ　ＡＭＶｌ！のような織
物強化ミクロ不均質共重合体膜であり、一方好通なＩＩ
！（２０）は同じくＡｓａｈｉ　Ｇｌａｓｓ社から入手
し得るＳ［！ＬＥｒｌＩＯＮ型ＣＭＲカチオン交換膜で
ある。これらの膜は米国特許第４６７８５５３号および
他の文献に開示されている。

本発明の好適な実施方法において、全培地は発酵槽（１
２）からスクリーン（１３）を通ってポンプ輸送され、
その際スクリーンにより細胞より大きい粒子が取り除か
れる。これらの粒子を除去した全培地はシステム（１４
）を経てセル（２１）へ送られ、ここで電流をかけられ
、乳酸イオンを透過性膜（１９）を通して濃縮乳酸塩溶
液（この溶液はｌ１ｌ（１９）の反対側でシステム（１
５）中を循環している）中へ移動させる。第１図に示す
ように、乳酸塩に富む溶液（ｉｌｌ初物も呼ばれる）は
そのまま又は更なる濃縮後に水分解電気透析装置へ送ら
れ、ここで乳酸塩を乳酸に転化される。乳酸塩を含まな
いが生細胞を含む供給溶液は発酵槽へ循環して戻される
。

電気透析が行われている間、電極を洗浄システム（１６
，１７）によって循環される適当な電解質溶液（例えば
水中のＮａ１ＳＯ，または乳酸塩）で洗浄する。

このプロセスはバッチ方式または連続方式のいずれかで
行われる。

本発明はさらに次の実験研究によってさらに詳しく例示
することにする： ラクトバシルス・アシドフィルス（＾ＴＣＣ５３６８１
）は、特に指定しない限り、１０％デキストロース、２
％コーン浸出液（ｃｏｒｎ　５ｔｅｅｐ　Ｌｉｑｕｏｒ
　：　ＣＳ　Ｌ　）乾燥基準、０．４％コーン油を含む
培地にて発酵を起こさせた。液状培地は接種に先立って
適当な発酵槽に入れ、滅菌した。対数増殖期にある５％
（ν／Ｖ）接種物を使用した。

連続発酵は使用前に適当に密封および滅菌したｌＩｔス
ピナーフラスコ中で行った。新鮮な培地を連続発酵槽へ
送給し且つ使用済み培地を発酵槽から取り出すために螺
動ポンプを使用した。ｐ旧よ濃水酸化アンモニウムによ
り５．２〜５．６に制御した。

発酵温度は４０℃に！ｊ１節した。

細胞循環発酵はフィルターを備えた連続培養発酵槽を用
いて実施した０発酵槽培地はフィルターの表面を横切っ
てポンプ輸送され、細胞不含透過物は流出液容器に集め
、そして細胞に富む保持物は発酵槽へ戻した。温度、培
地およびｐＨはすべて上述したとおりであった。

電気透析回収プロセスを試験するために、大容量の発酵
培地を用意した。８０１パイロットプラント発酵槽およ
び５００１発酵槽を用いて、大容量の乳酸アンモニウム
または乳酸ナトリウム発酵培地を、上述のとおりに調製
した。５゛％（ｖ／ｖ）接種物を用いた。９Ｈは必要に
応じて水酸化アンモニウムまたは水酸化ナトリウムを加
えて５．２〜５．６に維持した。Ｗ１拌速度は７５ｒｐ
ｓであった。

発酵培地中の細胞は、指定した場合、細孔寸法０．２μ
のホローファイバーカートリッジを備えた限外を過装置
を通して培地を処理することにより分離した。

同一発酵から新たに得られた全培地（生細胞を含む）を
全培地の実験のために使用した。この全培地は２００メ
ツシユのワイヤスクリーン（ｗｉｒｅｓｃｒｅｅｎ）を
通過させて、電気透析システムへ装填する前に大きい粒
子を取り除いた。

発酵産物は初めにアニオンおよびカチオン選択性の膜を
備えた通常の電気透析装置を通過させることにより精製
した。

２つの区画室をもつ複極膜スタックは乳酸塩を乳酸と対
応塩基へ転化するために使用した。このプロセス用に設
計されたスタックは交互に配置されたカチオン透過膜と
複極膜とから成っていた。

陽極および陰極の区画室は膜スタックのそれぞれの端部
にナフィオン（ｎａｔｉｏｎ）ＩＩＩによって結合され
る。膜スタックは次のものを含んでいた＝８つのセル対 一カチオン膜 一複極膜 有効面積１０２．４ｃｓ＋” 電解液（２，５Ｎ　Ｎａ０ｌｌ） この装置は電気透析装置スタックへ供給するための３つ
の独立した流路を有する。３つの流れは次のものである
： １、電流（ＩＩ初は乳酸ナトリウム塩流）２、塩基流（
実験が進むにつれてより濃厚になる） ３、電極洗浄液流（２，５Ｎ　Ｎａ０Ｈ）実際の実験を
始める前に、作動電流密度の安全域を得るために許容電
流密度（ＰＣ［ｌ）を測定した。

これらの実験のために、貯蔵槽を２個のみ使用した。１
つの貯蔵槽は希釈および濃縮区画室の両方へ培地を供給
し、培地はその後この貯蔵槽ヘポンブで戻された。２つ
目の貯蔵槽は電解液用でありた。

二の装置は低電流で作動させ、３０分〜２時間の間３０
秒ごとに電圧を記録した。その間ずっと電圧が一定のま
まであったならば、より高い電流でこの方法を繰り返し
た。この方法は電圧が時間の経過と共に増加し始めて分
極またはファウリング（ｆｏｕｌｉｎｇ）の開始を示す
一点に到達するまで続けた。この点での電流密度がこの
作動条件（塩濃度、ｐＨ，、温度、および線速度）にお
けるＰＣＤであった。初期作動電流密度（１２＾閣ｐ、
　６５ｍＡ　／Ｃｎ”　）はＰＣＤの結果ζ基づいて選
択した。

通常の電気透析（ＥＤ）システムと水分解電気透析シス
テムとはバッチ方式で作動させた。こうして、乳酸塩培
地は連続的に脱ミネラル化され続ける（通常のＥＤ）か
、あるいは乳酸とアルカリに転化され続けた（水分解Ｅ
Ｄ）、通常の電気透析プロセスは溶液が所望程度に脱ミ
ネラル化されるまで続行し、水分解ＨＤプロセスは所望
酸度が得られるまで続行した。

通常のＥＤを実施するために、次の手順に従った： （１）希薄物貯蔵槽に乳酸ナトリウム培地を満たした； （ｉｉ）濃縮物貯蔵槽に供給培地とほぼ等しい濃度の乳
酸ナトリウム溶液を満たした； （ｉｉｉ）電解液区画室に１Ｍ乳酸ナトリウムまたは０
．４Ｍ硫酸ナトリウムもしくは他の適当な塩を満たした
； （１ｖ）流体の循環を開始させ、膜スタックに所望の電
流密度で電流を流した； （Ｖ）実験の間に次のデータを集めた：電流、装置全体
を通過したときの電圧降下、８つのセル対を通過したと
きの電圧降下、希釈および濃縮区画室中の容量レベル、
希釈およ゛び電解液区画室のｐｏ、希釈区画室の導電率
、および希釈区画室の温度； （ｖｉ）この装置は一定電流で作動させたが、抵抗が増
加し始め、従って装置を通過したときの電圧降下が増加
し始めた時点で、最高電圧を設定し、電流を実験が終了
するまで降下させた。

水分解電気透析は次のように実施した：（ｉ）酸貯蔵槽
に通常のＥＤからの乳酸ナトリウム濃縮物または蒸発−
ａＩｌｉＩ物を満たした；（ｉｉ　）塩基貯蔵槽に１．
５Ｍ７に酸化ナトリウムを満たした（塩基の濃度が２６
５Ｍに達したとき、塩基の一部を除去して、残部を希釈
した）；（ｉｉｉ）電極洗浄液貯蔵槽に２．５Ｍ水酸化
ナトリウムを満たした・； （ｉｖ　）溶液のＷｉ環を開始させ、膜スタックに所望
電流を流した； （Ｖ）実験の間に次のデータを集めた：電流、装置を通
過したときの電圧、酸および塩基区画室中の容量、酸区
画室のｐｉ、塩基の規定後、除去した塩基の量、酸区画
室の温度、並びに酸区画室と塩基区画室の導電率； （ｖｉ　）この装置は電圧が２５Ｖに上昇するまで一定
電流で作動させ、その後電圧を２５Ｖに維持し、電流を
バッチ回収の終了まで降下させた。

水分解電気透析後に、酸プロセス流中には依然として残
留カチオン、アニオンおよびアミノ酸が含まれている。

カチオン不純物を除くために強酸性カ千オン交換体、例
えばＪ（”サイクルにおけるＡｍｂｓｒｌｉｔｅ　　Ｉ
　Ｒ−１２０プラス（ペンシルバニア州フィラデルフィ
ア、Ｒｏｈｍ　＆　ｆｌａａｓ社製）を用いた。

硫酸イオンのようなアニオン不純物を除くために弱塩基
性アニオン交換体、例えばｉＭ［塩基サイクルにおける
ＩＲＡ−９４（ペンシルバニア州フィラデルフィア、Ｒ
ｏｈｍ　　＆　１ｌａａｓ社９１）を使用した。

乳酸プロセス流のイオン交換仕上げ精製のために、２イ
ンチのガラス製カラムを使った。このカラムは連続流方
式で作動させた。吸着は５〜ｌＯ倍床容積／時の容積流
量を用いて実施した。カラムの再生は希″Ｉ（１〜２Ｍ
）水酸化ナトリウムまたは塩酸を用いて行った。

（実施例） 水酸化アンモニウムでｐＨ５，２〜５．６に制御した連
続培養において、容積生産性は希釈率を増すにつれて増
加し、０．１／時の希釈率で約１．５ｇ乳酸塩／ｌ−時
の量大値に達したが、希釈率を０．４０／時まで高めて
も変わりがなかった。変換効率（ｇ乳酸／ｇ消費デキス
トロース×１００％）は希釈率を０．４７時に高めたと
き約９３％から８１％へ低下した。このことば、高希釈
率での乳酸生成が増殖と完全に関係をもつようになるの
で、意外なことではない。

従って、細胞に変換される基質の量は増加し、方体産物
乳酸に変換される基質の量が減少する。

２隻班ｌニロ 連続堵養軽対するｐｏの影響を調べた。細胞増殖は、ｐ
Ｈが５．３以上である全ての場合において、ｐＨにほと
んど無関係であるように思われた。乳酸濃度２０　ｇ　
／　１以下および希釈率０．１／時以上において、増殖
はＰＨが４．８以上である場合ｐＨに無関係であった。

このことは、最初の段階での低いｐＨ（例えば４．８）
から最終段階での適度に高いｐＨ（例えば５４３〜５．
６）までの範囲で多段階連続発酵を実施し、これにより
生産培養物の増殖を抑制することなく汚染の機会を減ら
すことが可能であることを示している。

１１１ｕ別しＶ医ル 商業上の乳酸発酵法では、高生産性が高乳酸塩濃度およ
び低基質濃度を有する生産物流において維持されねばな
らない、この種の発酵法のための良好な候補微生物は低
基１ｔ１度および高生産物濃度の存在下で生存能力を維
持できねばならない。

このことは生産性が発酵槽中の生細胞の濃度に左右され
るので重要である。この濃度は発酵槽中の細胞の高百分
率を（例えば細胞の再循環または固定化によって）保持
することにより増加しうる。

しかしながら、細胞が最終生産物流の条件下で生存能力
を失うならば、それらは不活性であって、再循環または
固定化プロセスのい：ずれにおいても無価値であるだろ
う。

生細胞、乳酸および残留炭水化物（デキストロース）の
濃度を、２％Ｃ３Ｌ培地およびり、アシドフィルス菌株
（ＡＴＣＣ５３８６１）を用いるｐＨ制御（５，２〜５
４６）バッチ式発酵の間に測定した。培養物の生存能力
はすべての炭水化物の消耗にもかかわらず高いままであ
った（５Ｘ１０−ｅ生細胞／ｄ）。

このことは、細胞が再循環を伴う連続発酵において生存
能力を保持し且つ容積生産性の増加に寄与し得ることを
示した。

この菌株の連続培養は達成しうる最大容積生産性を定め
るために１００％細胞再循環を用いて実施した。結果を
表３に要約する。　７．５ｇ乳酸塩／１時の容積生産性
が２％Ｃ３Ｌ培地を用いて得られた。９５％の変換効率
を達成し得ることが証明された。

この発酵では、微生物ラクトバヅルス・アシドフィルス
（ＡＴＣＣ５３８６１）および細心の注意を払って選択
した作動条件を用いることにより、高い容積生産性が低
コストの培地を使って得られることが判明した。細胞再
循環および５．２〜５．６でのｐＨ制御を用いて、７．
５ｇ乳酸塩／ｌ−時の生産性が達成された。低コスト培
地での高生産性は乳酸の経済的生産方法にとって必要な
こ七である。

災旌■Ｈｕ止登」 乳酸のナトリウムおよびアンモニウム基含有培地を生ず
るバッチ式発酵を行った。乳酸基含有培地は電気透析に
よる生産物回収実験のために使用した。これらの発酵で
は、８０Ｉｌと５００１の発酵が卓上小規模の２２発酵
と同じ生産性および収率を与えた。

６５１発酵は８６　ｇ　／　ｆｆｉの乳酸塩を含む乳酸
ナトリウム培地をもたらした。１５℃発酵は８１ｇ／ｊ
！の乳酸塩を含有する乳酸アンモニウム培地をもたらし
た。これらの発酵培地の一部は細孔寸法が０．２μの＾
ｍ１ｃｏｎＤ　Ｃ−３０ホローフアイバーカートリツジ
を用いて澄明にした。残りの全培地は発酵完了後直接に
電気透析回収プロセスにかけた。

裏腹Ｕ般よ居毅 細胞分離を行わない培養乳酸基含有全培地（２，５〜３
Ｘ１０”細胞／ｄを含む）を用いて２回の電気透析回収
実験を行った。１回目は実施可能性を判定するためのバ
ッチ実験であり、２回目は細胞の生存能力を維持するた
めにわずかに低い温度（４５℃）で行ったバッチ実験で
あった。乳酸塩濃度は初めに約７７　ｇ　／　ｆであっ
た。精製および濃縮した最終乳酸塩濃度は約１７５１／
　ｆｉであった。乳酸塩の８０％の回収が０．０８〜０
．１１ｋｗｈｒ／ｆｂ乳酸塩の所要電力により達成され
た０両実験における電流効率は約９０％であった。全細
胞が存在することによる付着はどちらの実験でも検出さ
れなかった。

全培地の電気透析実験の間、全培地の試料は（ＭＲ３寒
天培地上の平板１数により）生細胞について検定した。

このデータは大部分の細胞が生存し続けていることを示
した。細胞の生存能力をより正確に定量化することは、
平板菌数検定自体がもつ不正確さゆえに困難であった。

実施例２０からの電気透析済み培地は追加のデキストロ
ース、コーン油（０，２％）、および異なる濃度のコー
ン浸出液（Ｆ２−１．４％、Ｆ　３−２．４％、Ｆ４−
０％）を用いてさらに発酵させた０発酵容量はもとの培
地容量（０，７Ｊ！〜１７１）までにした。

再循環発酵の開始時におけるＦ２およびＦ３の生細胞数
は電気透析装置供給培地中の細胞数に匹敵するものであ
った。再循環発酵Ｆ２およびＦ３は速やかに進行して、
２４時間でそれぞれ７７および８５ｇ／ｌの乳酸塩を生
成し、それぞれ２．２および２．５ｇ／ｌ−時の生産性
をもたらした。これらは典型的なバッチ式発酵において
得られたもの（２〜２．５ｇ／ｌ−時）に類似していた
。再循環発酵Ｆ４（０％ＣＬＳ）は遅（進行し、デキス
トロースを消費して９０．４　ｇ　／　ｌの乳酸塩を生
成するのに１００時間を要した。この結果は、全培地の
電気透析からの生細胞が、生産性および高濃度乳酸塩の
生産能力を低下させずに、追加の炭水化物を乳酸塩に発
酵させるべく循環・再使用できることを示した。

２２゛よび２ 澄明化した乳酸アンモニウム培地を用いた乳酸塩の電気
透析回収の結果を表１に示す、最終乳酸塩濃度２００．
７　ｆｆｉが供給乳酸塩濃度８０　ｇ　／　Ｎから達成
された。この実験の電流効率は約９２％であった。

所要電力は０．０８〜Ｇ、　１２ｋｗｈｒ／　Ｉｔ回収
乳酸塩であった。

培地／希薄物濃度： 初朋乳酸塩軸、ｌ） 最終乳酸塩（ｇ／　ｊ！　） 生産物／１１１ｍ物濃度： 初期乳酸塩（ｇ／　ｊ！　） 最終乳酸塩（ｇ／　ｌ　） 乳酸塩回収（％） 実験時間の長さ（分） 温度（°Ｃ） 電流効率（％） 初期電流密度ムへ／Ｃ鵬２） 所要電力（ｋｗｈｒ＃ｂ） ５２　　　　　７２　　　　　．６２ ．０Ｂ　　　　　　、０Ｂ　　　　　　、１２実１１」
は 表２は乳酸ナトリウム含有発酵培地を用いた電気透析回
収の結果を要約したものである。９４％の乳酸塩が回収
された。培地の初期乳酸塩濃度は８４ｇ／ｌであった。

最終乳酸塩濃度は２０５ｇ／　Ｒであった。電流効率は
９６％であり、所要電力は０．１８ｋｗｈｒ／ｆｂ回収
乳酸塩であった。この実験の電力消費量は、比較的高い
パーセントの乳酸塩が回収されたので、他の実験よりも
高かった。バッチ実験の終了時における希薄物流の低濃
度および低導電率は電力の消費量を増す、。

培地／希薄物濃度： 初期乳酸塩（ｇ／　１２　） 最終乳酸塩（ｇ／　Ｉｔ　） 生産物／濃縮物濃度： 初期乳酸塩（ｇ／ｊり 最終乳酸塩（ｇ／　ｌ　） 乳酸塩回収（％） 実験時間の長さ（分） 温度（”Ｃ） ８４、■ ５．７ ５１．１ ２０４．６ ９４．４ 電流効率（％）９Ｇ 初期電流密度（ａ＋＾／ｃｌｌ′）６７所要電流（ｋｗ
ｈｒ＃ｂ）　　　　　　　　　、　１８全培地または澄
明化培地を用いた電気透析結果の意味は、培地中の全細
胞の存在が追加の電力消費または電流効率の低下を引き
起こさないということであった。これは、作動条件の適
当な選択により、希薄ＨＤＤ画室中の全細胞の存在がＥ
Ｄ操作にネガティブな影響を及ぼさないことを意味する
。また、電気透析操作は全細胞の生存能力に影響を及ぼ
さないことが立証された。それゆえに、通常の電気透析
を用いて乳酸塩生産物を回収、精製および濃縮すること
ができ、且つ全細胞を発酵槽へ再循環して戻すことが可
能である。

濃縮乳酸塩はカチオンを除き且つ目的の乳酸生成物を得
るために別の処理が必要である。水分解電気透析膜スタ
ック（Ａｌｌｉｅｄ／ＡｑｕａＬｅｃｈ）が乳酸塩流か
ら８５〜９９％の★トリウムカチオンを除くために使用
された。生成物はｐＨ＠御のために発酵槽へ再循環され
るアルカリおよび乳酸流であった。

通常の電気透析後の乳酸塩は約２０重量％の乳酸塩であ
った。水分解ＨＤを実施する前に乳酸塩を濃縮する有益
な理由が２つ存在する。それらは次のとおりである； （ｉ）乳酸の典型的な特殊および一般化学物質用途は少
なくとも５０重量％の乳酸を必要とする；（ｉｉ　）電
気透析される溶液の導電率が増加すると、電力消費量は
減少する。残留ナトリウムの低汚染は供給原料として濃
縮乳酸塩を用いて比較的容易に達成される。

これらの理由のために、乳酸塩は実験の一部として水分
解ＨＤの前に’ａｍした。

ナトリウムカチオンは水分解ＥＤ膜ススタック用いて乳
酸ナトリウム塩から分離された。　２．ＯＮ水酸化ナト
リウム溶液および乳酸流（供給物と同じ濃度）が得られ
た生成物であった。２．４および５規定の乳酸塩流を用
いるＥ’Ｄ実験からの結果を表３に要約する。これらの
実験を比較すると、より少ないパーセントのナトリウム
を除くときに電力消費量は最も低いことが分かる。極端
な場合、実施例２６および２７の実験を比較すると、電
力消費量は存在する初期ナトリウムの一部を除く際に非
常に増加した。生成する乳酸１ポンド当たりの電力消費
量は０．２５〜０゜４５ｋｓｖｈｒ’であった。

ナトリウム濃度（ｇ／ｊり 初期 最終 塩／Ｍ流濃度： 初期乳酸塩（ｇ／　Ｑ　） 最終乳酸（ｇ／　ｌ　） ナトリウム除去（％） 実験時間の長さ（分） 温度（”Ｃ） 電流効率（％） 初期電流密度（−＾／ｃａｂ’） ４４．６ ５．８ ９３．８ ０．７ １１２゜７ ０．３ 所要電力（ｋｗｈｒ、＃ｂ）　　　　　、２７　　　．
３３　　　　．４５発酵培地からの乳酸の回収は２つの
電気透析膜スタックおよび乳酸１ボンド当たり約１八ｋ
ｗｈｒの電力を用いて達成された。この回収、濃縮およ
び精製プロセスは乳酸の経済的製造方法の核心を成すも
のである。

実ＪｌｉＪｆＬｉけ 水分解電気透析実験からの結果は、乳酸流から残留ナト
リウムイオンを除く必要があることを示した。硫酸イオ
ンおよび他のアニオン並びにタンパク質やアミノ酸もこ
の時点で不純物として存在していた０表４はこめプロセ
スのいろいろな段階でのプロセス流の組成を示す。

ｌ−土 乳酸 ９４．７ ９８．８ ９９．９ ナトリウムイオン　　　３．２ 硫酸イオン　　　　　　０．４　　０．４Ｈ゛す・イク
ルの強酸性カチオン交換樹脂ＡｓｂｅｒｌｉｔａＩ　Ｒ
−１２０プラス（ｌｌｏｈｍ　　＆　Ｈａａｓ社製）を
連続流カラム中で使用して、残留ナトリウム（Ｎａ”）
と他のカチオンとを除去した。乳酸はこの樹脂に交換さ
れなかった。若干の含窒素不純物（アミノ酸およびタン
パク質）もナトリウムイオンと共に除去された（表４参
照）。

カチオン交換精製段階からの生成物流は、硫酸イオン（
５０４−）のようなアニオン不純物および含窒素不純物
（タンパク質およびアミノ酸）をまだ含んでいた。乳酸
アニオンを含む乳酸からのアニオン不純物の除去は、イ
オン交換部位が乳酸アニオンで飽和されてアニオン不純
物を除去できないので、困難な仕事であった。遊離塩基
サイクルのある種の弱塩基性アニオン交換樹脂、とりわ
け＾ｍｂｅｒｌｉｔｅ　　［ＲＡ−９４（ペンシルバニ
ア州フィラデルフィア、Ｒｏｈ■　Ａ　Ｈａａｓ社）、
が適していると分かった。この樹脂は連続流カラム中で
使用した。このデータ（表４）は５０４−　アニオン不
純物が完全に除去されるが、乳酸アニオンはイオン交換
されないことを示している。思いがけないことに、残留
する含窒素不純物も除去され、乳酸生成物は純度が９９
％以上であった。この生成物はさらに濃縮されて、４４
０ｇ／　ｊ！の乳酸を含んでいた。

表４の結果は、乳酸の精製が特殊なイオン交換体を適当
な順序で用いることにより達成し得ることを示している
。不純物を首尾よく除くためには、初めにカチオン交換
体を使用し、その後にアニオン交換体を使用しなければ
ならない、アニオン交換体は乳酸イオンがアニオンであ
るので特に注意深く選択する必要がある。

こうして、処理段階の細心の注意を払った選択により、
はんの０．１％のタンパク質不純物および５　ｐｐｍ未
満の硫酸イオン並びにナトリウムイオンを含む生成物が
上記の発酵および精製法により得られる。

Ｌ、アシドフィルスの強健な菌株と織物強化ミクロ不均
質共重合体膜との併用は、発酵槽または電気透析分離装
置での効率の損失なしに、全培地の電気透析と全培地か
らの細胞再循環とを同時に達成させ得ることが当業者に
は明らかであるだろう、成熟細胞は生存したままで発酵
槽へ再循環され、そこで炭水化物および栄養素の添加に
より発酵が続けられる。電気透析装置からの精製・濃縮
乳酸塩は“八ＱＵ＾↑ＥＣＩＩ”　システムのような水
分解電気透析システムへ供給され、そこで乳酸塩が乳酸
と対応塩基とに転化される。得られた塩基は中和のため
に発酵槽へ再循環され、そして精製・濃縮乳酸は特殊化
学物質または一般化学中間体として用いるためにイオン
交換体によりさらに精製される。

通常の電気透析による乳酸塩の精製および回収後に、塩
は蕩発により４ｓ；−ｓｏ％乳酸塩に濃縮され、その後
で水分解電気透析にかけられる。

発酵からの乳酸塩流を初めに通常の電気透析で処理して
乳酸塩を回収し、生細胞を再循環させ、そして含窒素不
純物を除去すること；それを次に水分解電気透析で処理
して乳酸塩を乳酸に転化すること；および生成した乳酸
法を初めに強酸性イオン交換体で、次に弱塩基性イオン
交換体で処理して目的の生成物を得ること；が非常に重
要である。

本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ制限される
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を示す流れ図であり；そして第２図
は好適な電気透析システムの模式図である。 ｌＯ：電気透析装置　　　ｌｌ：セルスタック１２：発
酵槽　　　　　　１３ニスクリーン１４：供給液注入・
循環・取出しシステム１５：濃縮物循環・取出しシステ
ム １６：陽極液洗浄システム １７：陰極液洗浄システム１８：ガスケット１９：アニ
オン透過ｌｌＩ２０：カチオン透過膜２１：セル　　　
　　　　２２．２３Ｆ末端セル２４：末端キャップ　　
　２５：陽撓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）乳酸塩を生産し得る微生物を発酵槽内で炭水
   化物および他の栄養素を含む発酵培地にて、該培地中の
   炭水化物の大部分が乳酸塩に変換されるまで生育させ； （ｂ）乳酸基含有培地を初めに通常の電気透析にかけて
   、水性流中に乳酸塩を優先的に回収・濃縮し且つ含窒素
   不純物を除き； （ｃ）濃縮乳酸塩含有水性流を水分解電気透析にかけて
   、乳酸塩を対応塩基と乳酸流とに転化し；（ｄ）乳酸流
   を酸型の強酸性イオン交換体で処理して、乳酸を除くこ
   となく該乳酸流からナトリウムイオンまたは他のカチオ
   ンを除去し；そして（ｅ）このように処理した乳酸を遊
   離塩基型の弱塩基性イオン交換体で処理して、乳酸を除
   くことなく該乳酸流から硫酸または硫酸イオンおよび他
   の不純物を除去し、これにより精製された乳酸生成物を
   得る、 ことから成る乳酸の生産および精製方法。 ２、微生物はラクトバシルス・アシドフィルス（Ｌａｃ
   ｔｏｂａｃｉｌｌｕｓａｃｉｄｏｐｈｉｌｕｓ）（ＡＴ
   ＣＣ５３８６１）の同定特性を有する微生物である、請
   求項１記載の方法。 ３、乳酸塩回収済みの培地中の生細胞を発酵槽に再循環
   する、請求項１記載の方法。 ４、水分解電気透析により得られる塩基を発酵槽に戻す
   、請求項１記載の方法。 ５、乳酸、１％未満の含窒素不純物および１０ｐｐｍ未
   満の硫酸イオンを含む、請求項１記載の方法により得ら
   れた乳酸生成物。 ６、水性流中の乳酸塩は、乳酸塩を塩基と乳酸流とに転
   化する水分解電気透析にかける前に、蒸発させて濃縮す
   る、請求項１記載の方法。 ７、（ａ）Ｌ．アシドフィルス（ＡＴＣＣ５３８６１）
   の同定特性を有する微生物を発酵槽中約４．８〜約５．
   ７のｐＨで炭水化物、コーン浸出液およびコーン油を含
   む発酵培地にて、該発酵培地中の炭水化物の大部分が乳
   酸塩に変換されるまで生育させ； （ｂ）該発酵培地を電気透析で処理して、含窒素不純物
   を除き且つ水性流中に乳酸塩を分離し；（ｃ）該水性流
   を水分解電気透析で処理して塩基と乳酸流とを生成させ
   ； （ｄ）乳酸流を酸型の強酸性イオン交換体で処理して、
   乳酸を除くことなく該乳酸流からナトリウムイオンまた
   は他のカチオンを除去し；そして（ｅ）得られた乳酸流
   を遊離塩基型の弱塩基性イオン交換体で処理して、乳酸
   を除くことなく硫酸または硫酸イオン不純物および他の
   不純物を除去し、これにより乳酸および１％未満の含窒
   素不純物を含む乳酸生成物を得る、 ことから成る高度に精製された乳酸生成物の生産方法。 ８、コーン油は少なくとも約０．１重量％で存在する、
   請求項７記載の方法。 ９、水性流中の乳酸塩は、乳酸塩を塩基と乳酸流とに転
   化する水分解電気透析にかける前に、蒸発させて濃縮す
   る、請求項７記載の方法。 １０、１％未満の含窒素不純物を含む、請求項７記載の
   方法により得られた乳酸生成物。 １１、（ａ）乳酸溶液を初めに、乳酸を除くことなくナ
   トリウムイオンまたは他のカチオンを除去する酸型の強
   酸性イオン交換体で処理し；そして（ｂ）このように処
   理した溶液を、乳酸を除くことなく硫酸イオンおよび硫
   酸並びに他の不純物を除去する遊離塩基型の弱塩基性イ
   オン交換体で処理する、 ことから成る乳酸、硫酸、硫酸イオン、ナトリウムイオ
   ンおよび他のカチオン不純物を含む乳酸溶液の精製方法
   。